CN104534739A - 一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统，包括通过管路依次连接并形成回路的加热器、闪蒸器、冷凝器、蒸发器、气体热交换器、吸收器、储液器、循环泵以及溶液热交换器，浓溶液进入加热器被加热至饱和液态后进入闪蒸器，经降压扩容产生气液两相混合物并分离，气相从其顶部流出进入冷凝器，液相从其底部流出进入溶液热交换器。本发明采用加热器、闪蒸器及循环泵组合替代常规扩散吸收式制冷系统的发生器和气泡泵，制冷系统在两个压力下运行，溶液吸热过程的运行压力可以根据热源温度和溶液浓度进行调节，拓宽了系统高效运行的操作范围，同时提高了制冷系统的性能系数和制冷量，可以满足不同制冷场所的应用需求，具有良好的应用前景。

Description

一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统
技术领域
本发明涉及一种制冷技术，尤其涉及一种利用低品位热能驱动的扩散吸收式制冷系统。
背景技术
近年来，随着我国经济的高速增长，能源消费量持续上升，能源供给形势日益紧张。另一方面，由于能源利用率较低，我国低品位热能非常丰富。因而，高效、合理地开发利用低品位能源对缓解我国能源压力及促进社会经济的可持续发展具有十分重要的意义。
扩散吸收式制冷系统可以有效地利用太阳能、地热能、发动机余热以及工业余热等低品位能源，且不使用对臭氧层有破坏作用的工质，具有十分广阔的应用前景。但现有的扩散吸收式制冷系统由于使用气泡泵驱动，系统性能系数(COP)较低，制冷量一般较小，难以用于制冷量需求较大的场合；系统在单一压力下运行，亦即吸热与放热过程均在冷凝压力下进行，溶液浓度及循环流量操作范围窄，可调节性差；发生器传热过程存在相变，传热系数小。此外，目前绝大多数的扩散吸收式制冷系统以NH3/H2O为工质，必须配置精馏器，从而造成部分热量的损耗和浪费。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统，采用加热器、闪蒸器及循环泵组合替代常规扩散吸收式制冷系统中的发生器和气泡泵，可以在较低的热源温度下运行(≥70℃)，且无需精馏装置，具有较高的COP和较大的制冷量。
为实现以上目的，本发明采取以下的技术方案：
一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统，其包括加热器、闪蒸器、冷凝器、蒸发器、气体热交换器、吸收器、储液器、循环泵以及溶液热交换器，其中，所述气体热交换器包括进行热交换的第一流体通道和第二流体通道，所述溶液热交换器包括进行热交换的第三流体通道和第四流体通道；所述储液器的出液口依次通过循环泵、第四流体通道、加热器后连接至闪蒸器的入口端，所述闪蒸器的气体出口端通过冷凝器后连接至蒸发器的第一入口端，所述闪蒸器的液体出口端通过第三流体通道后连接至吸收器的第二入口端，所述吸收器的第一出口端连接至储液器的进液口，所述吸收器的第二出口端通过第二流体通道连接至蒸发器的第二入口端，所述蒸发器的出口端通过第一流体通道后连接至吸收器的第一入口端。
所述闪蒸器和蒸发器的位置均低于冷凝器的位置，所述蒸发器、气体热交换器、吸收器以及储液器的位置依次降低，所述溶液热交换器、闪蒸器以及加热器的位置依次升高，所述闪蒸器的液体出口端的位置高于吸收器的第二入口端的位置。
所述系统采用TFE为制冷剂，E181为吸收剂，He为扩散剂。以TFE/E181作为工质，采用加热器、闪蒸器及循环泵组合替代常规扩散吸收式制冷系统中的发生器和气泡泵，该特征使得闪蒸-扩散吸收式制冷系统在两个压力下运行，其中，加热器和溶液热交换器的第四流体通道在第一压力(高压)下运行，系统其余设备在第二压力(低压)下运转。且针对不同的应用场所，系统溶液循环流量及吸热过程的运行压力可以根据热源温度和溶液浓度进行调节，可以在较低的热源温度下运行(≥70℃)，且无需精馏装置，具有较高的COP和较大的制冷量。
TFE/E181具有良好的热物性。与NH3/H2O相比，TFE/E181制冷系统具有较低的工作压力，安全性好，而且TFE与E181之间的沸点差较大(200.3℃)，系统不需要设置精馏设备。此外，理论分析表明，TFE/E181扩散吸收式制冷系统的性能优于常规的NH3/H2O系统。
所述加热器、冷凝器、蒸发器、气体热交换器、吸收器以及溶液热交换器均为换热器，可以采用喷淋式或沉浸式，也可以是套管式或其他形式，其换热管可以是普通管也可以是强化管。
所述循环泵为磁力泵。
本发明中，出自溶液热交换器的浓溶液进入加热器，在其中被加热至饱和液态，随后进入闪蒸器，经降压扩容产生气液两相混合物并分离，气相从其顶部流出进入冷凝器，液相从其底部流出进入溶液热交换器。
与现有的扩散吸收式制冷技术相比，本发明具有如下优点：
(1)系统溶液浓度、循环流量以及吸热过程运行压力的操作范围变宽，系统具备可调节性，提高了制冷系统的性能系数和制冷量；
(2)系统要求的驱动热源温度进一步降低，扩大了扩散吸收式制冷系统的使用范围，且溶液吸热过程不涉及相变，传热系数高；
(3)闪蒸过程中只有制冷剂TFE闪发成蒸汽，吸收剂E181依然为液相，因而制冷系统无需精馏装置，提高了低品位能源的利用效率；
(4)将现有扩散吸收式制冷系统的COP由原来的0.3～0.4提高到0.6～0.7左右，且使得制冷量增大，可以满足不同制冷场所的应用需求。
附图说明
图1为本发明一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统结构示意图。
附图标记说明：1、加热器；2、闪蒸器；3、冷凝器；4、蒸发器；5、气体热交换器；6、吸收器；7、储液器；8、循环泵；9、溶液热交换器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1所示的一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统，其包括加热器1、闪蒸器2、冷凝器3、蒸发器4、气体热交换器5、吸收器6、储液器7、循环泵8以及溶液热交换器9。其中，溶液热交换器9包括进行热交换的第三流体通道和第四流体通道，气体热交换器5包括进行热交换的第一流体通道和第二流体通道。加热器1、冷凝器3、蒸发器4、气体热交换器5、吸收器6以及溶液热交换器9均是换热器，可以采用喷淋式或沉浸式，也可以是套管式或其他形式，其换热管可以是普通管也可以是强化管。储液器7与普通制冷装置中储液器类似。循环泵8为磁力泵。
加热器1的入口端1a与溶液热交换器9的第四流体通道出口端9d相连，加热器1的出口端1b与闪蒸器2的入口端2a相连，闪蒸器2的液体出口端2b(设置于闪蒸器2的低部)与溶液热交换器9的第三流体通道入口端9a相连，闪蒸器2的气体出口端2c(设置于闪蒸器2的顶部)与冷凝器3的入口端3a相连，冷凝器3的出口端3b与蒸发器4的第一入口端4a相连，蒸发器4的出口端4b与气体热交换器5的第一流体通道入口端5a相连，蒸发器4的第二入口端4c与气体热交换器5的第二流体通道出口端5d相连，吸收器6的第一入口端6a与气体热交换器5的第一流体通道出口端5b相连，吸收器6的第二入口端6b与溶液热交换器9的第三流体通道出口端9b相连，吸收器6的第一出口端6c与储液器7的出液口7a相连，吸收器6的第二出口端6d与气体热交换器5的第二流体通道入口端5c相连，储液器7的进液口7b与循环泵8的入口端8a相连，循环泵8的出口端8b与溶液热交换器9的第四流体通道入口端9c相连。
上述各个部件之间的连接均采用金属管路连接。
为便于工质的流动，在本发明较佳的实施例中，冷凝器3位于制冷系统最高的位置，闪蒸器2位置低于冷凝器3的位置，蒸发器4的位置低于冷凝器3的位置，吸收器6的位置低于蒸发器4的位置，气体热交换器5布置于蒸发器4和吸收器6之间，储液器7的位置低于吸收器6的位置，溶液热交换器9的位置低于加热器1的位置，闪蒸器2的位置低于加热器1的位置，闪蒸器2的液体出口端2b高于吸收器6的第二入口端6b，循环泵8的位置低于储液器7的位置。
该闪蒸-扩散吸收式制冷系统采用TFE为制冷剂，E181为吸收剂，He为扩散剂，其工作原理如下：
TFE/E181浓溶液在加热器1中吸收来自低品位热源的热量，形成高温高压的饱和溶液后进入闪蒸器2，在其中绝热闪蒸，将进入其中饱和溶液降压扩容，产生气液两相混合物并分离，形成低压(冷凝压力)饱和制冷剂TFE蒸汽和TFE/E181稀溶液，分离后，TFE蒸汽向上由闪蒸器2顶部进入冷凝器3中被常温冷却介质冷却，制冷剂TFE被液化。然后制冷剂TFE液体与来自吸收器6经气体热交换器5降温后的扩散剂He气体一起进入蒸发器4中，在其中吸收来自冷媒热量蒸发(产生制冷效果)，形成TFE/He混合气体，经气体热交换器5加热后进入吸收器6。从闪蒸器2中分离出来的TFE/E181稀溶液由闪蒸器2底部经溶液热交换器9，被来自储液器7的TFE/E181浓溶液冷却后进入吸收器6，在其中吸收出自气体热交换器5的TFE气体，未被吸收的扩散剂He气体经气体热交换器5冷却后再次进入蒸发器4中，形成气体循环。吸收终了的TFE/E181浓溶液进入储液器7，随后经循环泵8升压进入溶液热交换器9，被来自闪蒸器2的稀溶液预热后流入加热器1中，形成溶液循环。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统，其特征在于，其包括加热器(1)、闪蒸器(2)、冷凝器(3)、蒸发器(4)、气体热交换器(5)、吸收器(6)、储液器(7)、循环泵(8)以及溶液热交换器(9)，其中，所述气体热交换器(5)包括进行热交换的第一流体通道和第二流体通道，所述溶液热交换器(9)包括进行热交换的第三流体通道和第四流体通道；所述储液器(7)的出液口(7b)依次通过循环泵(8)、第四流体通道、加热器(1)后连接至闪蒸器(2)的入口端(2a)，所述闪蒸器(2)的气体出口端(2c)通过冷凝器(3)后连接至蒸发器(4)的第一入口端(4a)，所述闪蒸器(2)的液体出口端(2b)通过第三流体通道后连接至吸收器(6)的第二入口端(6b)，所述吸收器(6)的第一出口端(6c)连接至储液器(7)的进液口(7a)，所述吸收器(6)的第二出口端(6d)经第二流体通道连接至蒸发器(4)的第二入口端(4c)，所述蒸发器(4)的出口端(4b)经第一流体通道后连接至吸收器(6)的第一入口端(6a)。
2.根据权利要求1所述的闪蒸-扩散吸收式制冷系统，其特征在于，所述闪蒸器(2)和蒸发器(4)的位置均低于冷凝器(3)的位置，所述蒸发器(4)、气体热交换器(5)、吸收器(6)以及储液器(7)的位置依次降低，所述溶液热交换器(9)、闪蒸器(2)以及加热器(1)的位置依次升高，所述闪蒸器(2)的液体出口端(2b)的位置高于吸收器(6)的第二入口端(6b)的位置。
3.根据权利要求1所述的闪蒸-扩散吸收式制冷系统，其特征在于，在所述制冷系统中，制冷剂/吸收剂为TFE/E181，扩散剂为He。
4.根据权利要求1所述的闪蒸-扩散吸收式制冷系统，其特征在于，制冷系统在两个压力下运行，其中加热器(1)和溶液热交换器(9)的第四流体通道在高压下运行，系统其余部分在低压下运行。
5.根据权利要求1所述的闪蒸-扩散吸收式制冷系统，其特征在于，通过第四流体通道的溶液进入加热器(1)后，由加热器(1)加热成饱和溶液，不涉及相变过程。
6.根据权利要求5所述的闪蒸-扩散吸收式制冷系统，其特征在于，进入闪蒸器(2)的溶液由闪蒸器(2)降压扩容，产生气液两相混合物并分离，气相从其顶部的气体出口端(2c)流出，液相从其底部的液体出口端(2b)流出。
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